关系:
1、方阵A不满秩等价于A有零特征值。
2、A的秩不小于A的非零特征值的个数。
证明:
定理1:n阶方阵A可相似对角化的充要条件是A有n个线性无关的特征向量。
定理2:设A为n阶实对称矩阵,则A必能相似对角化。
定理3:设A为n阶实对称矩阵,矩阵的秩r(A)=k,(0<k<n,k为正整数),则λ=0恰为A的n-k重特征值。
定理4:设A为n阶方阵,矩阵的秩r(A)=k,(0<k<n,k为正整数),则λ=0至少为A的n-k的重特征值。
定理5:设A为n阶方阵,矩阵的秩r(A)=k,(0<k<n,k为正整数),且A可相似对角化,则λ=0恰为A的n-k重特征值。
定理6:设A为n阶方阵,矩阵的秩rf(A)=k,(0<k<n,k为正整数),且A可对角化,则λ=0恰为f(A)的n-k重特征值。
例1:
设矩阵A=1 2 3 42 4 6 83 6 9 124 8 12 16 ,求矩阵A的特征值,矩阵A的秩。
解:得到A→1 2 3 40 0 0 00 0 0 00 0 0 0 ,则矩阵A的秩r(A)=1。
通过上例,我们发现λ=0为A的三重特征值,而A的秩r(A)=4-3=1。下面的定理给出了相应的结论。
证:由定理2,实对称矩阵必能相似对角化,因此A必有n个线性无关的特征向量,即每一个特征值对应一个线性无关的特征向量,重根对应线性无关的特征向量的个数等于其重数[1],故由秩r(A)=k,(0<k<n,k为正整数),则λ=0对应的特征向量恰有n-k个,即λ=0恰为A的n-k重特征值。
以上例题和相关定理均给出了矩阵的秩得到矩阵的特征值的情况,反过来,若n阶方阵A恰有k(0<k<n)个特征值为0,则矩阵A的秩大于等于n-k。
所以,方阵A不满秩等价于A有零特征值,A的秩不小于A的非零特征值的个数。